集水設施模組化設計

不透 水之 屋頂 其逕 流損 失， 雖仍 可用 逕流 係數 來表 達， 然而 其並 無植 物及 土壤 等入 滲介 質， 因此 其不 可使 用地 面集 水之 物理 機制 來進 行計算 ，其逕 流損 失之機 制分 為以 下四個 步驟。

1. 起 始 之 集 雨 面 積 因 蒸 發 而 不 產 生 逕 流 。

2. 屋 頂 材 質 如 磚 瓦 或 石 綿 瓦 等 具 有 吸 水 孔 隙 的 材 質 的 集 雨 面，仍 會 持 續吸收 初期之 降雨 ，直到 其飽 和後 才會產 生逕流 。

3. 雨 水 接 觸 集 雨 面 後 產 生 飛 濺 而 不 落 在 集 雨 面 中 。 4. 熱 帶 地 區 的 降 雨 ， 在 降 雨 時 將 同 時 會 產 生 蒸 發 散 。

一般 而言 屋頂 雨水 利用 系統 之降 雨 逕 流係 數， 一般 以考 量逕 流的 年平 均損 失為 主。 蒸發 散主 要來 自屋 頂的 微小 孔隙 中所 存蓄 的雨 水，

並且假 設為自 然之 物理現 象，一 般而言 雨 滴大約為 2mm，而 此 種大小 雨滴之 終端速 度 為 6-7 m/s，而 其飛 濺之 最大距 離約 為 200mm， 大約 70％之 降雨其 飛濺 距離為 100mm 左右。大 面積之 集雨面 其飛 濺損失 可 忽略不 計，小 於 20m2 之集雨 面其 損失 大 約為 10％。

各地 方不 同之 主因 為風 、降 雨情 形及 集雨 面之 材質 ，其 降雨 逕流 係數也 不同其 範圍 國外 文獻記 載大 約在 0.2～0.95 之間。 此外 暴雨的 路線也 會對降 雨損 失之產 生改 變， 大約 在 0.5～1mm 之 間，5mm 以下

外 方 面 Pitt（1987）建議 人字型 屋頂 1mm 以下、1-3mm 以 下用 0.25、

3mm 以 上用 0.75，大於 50mm 則用 0.99。而國內 方面屋 頂降 雨逕流 係 數方面 由廖朝 軒（1997）針對 水泥 與鐵 皮材 質之研 究可之 大約 介於 0.81

～0.84 之間由 前述 可知， 各項 因素對 降雨 逕流係 數產生 的影 響，雖 充 滿 了 不 確 定 性 ， 而 通 常 在 一 般 估 算 模 式 如 無 明 確 之 材 質 則 大 約 以 0.5mm 為降 雨之 初期 損失。

降雨 逕流 之水 質良 窳主 要由 集雨 面之 型式 而決 定， 地面 集水 可能 由人 類或 動物 之排 泄物 、腐 壞的 植物 或果 實、 工業 之廢 棄物 及土 壤本 身等 因素 遭受 污染 。因 此應 該經 由較 不易 受污 染之 集水 面來 獲得 良好 之水 質， 通常 以建 築物 之屋 頂為 主， 其中 以鍍 鋅鐵 皮屋 頂為 最好 主要 因其 表面 較為 平滑 ，且 可吸 收陽 光之 輻射 熱以 增加 本身 之溫 度以 進行 殺菌 消毒 。屋 頂為 最普 遍之 集雨 面積 ，不 透水 屋頂 之材 質會 影響 收集 雨水之 品質， 不同 表面之 降 雨 逕流 係數 如 下表所 示 。

表 5-1 不同表面之降雨逕流係數

（ 資料 來 源 ： 本團 隊 整 理 ）

輸 水 設 施 模 組 化 設 計

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

(

m s

)； 

n 配置粗 糙係 數(天溝通 常在 0.01~0.15 之間)； ^P

^潮 濕周長

( m )；

^R

^水力半 徑( m )，(

R  A P

)；

^{S }

斜率。

此設 計公 式是 為了 符合 大部 分之 天溝 剖面 ，可 變動 參數 為材 料摩 擦(通常為塑 膠或 鋼板 )、剖 面形 狀及斜 率。材料設 置通常 以地 方效益 為 主， 但斜 率及 剖面 形狀 則操 控設 計師 之手 。根 據國 外相 關資 料其 建議 之斷面 型式、 屋頂 尺寸、 斜率 及斷 面積如 下 表 所 示。

表 5-2 天溝建議型式整理表

斷 面 型 式 屋 頂 尺 寸 斜 率 斷 面 積 來 源

正 方 形 40~100 m

²

0.3~0.5% 70 cm

²

【Herrmann&Hasse,1996】

半 圓 形 40~60 m

²

0.3~0.5% 63 cm

²

45°三 角 形 無 明 確 說

明

1.0% 113 cm

²

【Nissen-Petersen&Lee,1990】

無 明 確 說 明

無 明 確 說 明

0.8~1.0% 70~80

cm

² 【Edwards et al.,1984】

（ 資料 來 源 ： 本團 隊 整 理 ）

另外當 水從屋 頂落 下它 可能呈 現捲 曲, 在屋頂邊 緣表面 張力 之下 , 它可能 垂直滴 下。 因此建 議 0 ~2mm/min 之降雨 下，可 於屋 頂邊緣 60 mm、下方 10cm 設 置天 溝。另 外增 加截水 之方法 如：擋 板式、直立 式 或 隔絕 天溝式 。

2. 雨 排水管 設計 形式

雨水 排水 管， 為另 一種 輸水 型式 ，當 計算 出系 統水 管的 雨水 排水 負荷 後， 便可 根據 雨水 排水 負荷 來設 計系 統的 輸送 能力 ，設 計時 須以

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

S1：水平 集水 面積（ m2）

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

第 三 節 貯 水 設 施 之 國 內 常 用 容 量 計 算 方 法 比 較 1. 綠 建築評 估手 冊建 議方 法

雨水 貯集槽 設計 容量 Sm ax 必 須合於 下 式 之 判 斷 ：

S

_max 

N

_s 

W

_s 式 中 ，

S

m ax：貯 水槽最 大容 量 (m³)

N

s： 儲水天數 (無 單位 )，依 該基地 行政 區 所在位 置，由 參照 表 查 出 其 降 量 代 表 點 ， 以 及 該 代 表 點 之 儲 水 天 數 。

W

s：雨水 替代自 來水 之水 量（公 升 /日） ， 其值由 下式決 定。

日集雨 量

W

_r 

R



A



P

雨水利 用設計 量

^W

^{d }

 ^R

ⁱ 比較 兩 式 ，

當

W 

_r

W

_d時， 則

W 

_s

W

_r； 當

W 

_r

W

_d時， 則

W 

_s

W

_d 上 述 公 式 之 參 數 意 義 與 規 定 如 下 ：

W

r：日集 雨量（ 公升 /日 ）。

R：代 表 點 日 平 均 降 雨 量 (mm/日 ) ，依 該 基 地 行 政 區 所 在 位 置，

由參 照 表查 出其 降 雨量 代 表點 ， 以及 該 代 表點 之 近十 年平 均降雨 量。

P：代 表 點 日 降 雨 概 率，無 單 位，依 該 基 地 行 政 區 所 在 位 置，由

參照 表 查出 其降 雨 量代 表 點， 以 及該 代 表 點之 近 十年 日降 雨概率 。

A：屋 頂 集 雨 面 積 (m

²)，一 般 設 計 以 屋 頂 面 積 計 算，也 可 以 納 入 基地 地 面集 雨面 積 ，但 是 必須 有 集雨 管 路 系統 及 過濾 處理 設備設 計。

W

d：雨水利 用設 計量（ 公升 /日 ）。

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

（ 資料 來 源 ： 本團 隊 整 理 ）

2. 經 濟部水 利署

貯水 設施 容量 與集 水區 域面 積的 大小 ，對 雨水 貯留 供水 系統 影響 甚大 。通 常集 水區 域為 建築 物的 一部 份， 受限 於建 築物 的大 小而 無法 改變 。此 時， 貯水 設施 變得 極為 重要 ，因 雨水 入流 量的 多寡 直接 關係 到貯水 設施的 設置 容量。

(1) 入流量 的決 定

系統 的入 流量 以下 述公 式進 行計 算。 由於 時雨 量記 錄較 為繁 瑣，

建議以 歷年降 雨之 日雨量 記錄 為資 料進行 計算， 表示如 下：

Qt = 1/1,000 × C × It × A。

式中 ，

Qt：t 日逕流量(m3/日)。

C：逕流 係數。

It：t 日降雨量(mm/日)。

A： 集水區 面積(m2)。

(2) 貯水槽(筒)容量 估算方 法

以日 雨量 記錄 資料 代入 上式 所得 到的 日入 流量 資料 ，再 代入 連續 方程式 來推估 貯水 槽(筒)容量：

貯水 槽(筒)容量 推估：

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

Zt+1：第 t+1 時刻的 貯蓄 量。(m³) Zt：第 t 時刻的 貯蓄量 。(m³) Qt：第 t 時刻的入 流量。(m³/D) Dt：第 t 時刻的放 水量。(m³/D)

△Et： 第 t 時刻的蒸發 損失 量 。(m³/D) Lt：第 t 時刻的 其他損 失量 。 (m³/D) S：貯水槽(筒)容量。(m³)

雨水貯 留供水 系統 一般集 水面 積都 不大， 故集流 時間極 短， 又貯 水 槽(筒)為密閉 ，所以 蒸發 與其他 損失 可 忽略， 故上式 可改 寫如 下 ：

Zt + 1 = Zt + Qt - Dt

藉 由 歷 史 記 錄 入 流 量 的 代 入 演 算 ， 可 從 一 連 串 的 貯 水 槽(筒)變 化 中計算 出某特 定容 量的次 數（ 即失 敗次數 ），再將 其除 以總模 擬次 數，

即可 得知 系統 可靠 度， 為了 便於 分析 ，本 式在 計算 時有 以下 的假 設 條 件 ：

 貯水槽(筒)開始 運轉時 ，槽(筒)內無 水。

 t 日供水為 t-1 日之貯水，t 日所 收集之 雨量 不能供應 t 日之 需水 量。

 貯水槽(筒)內之 水面蒸 發不 予考慮 。

 取水以 貯水槽(筒)為最 優先，若貯 水不 足 供應需 水量，則由 自來 水 或其他 水源 （ 如中 水 、 井 水 ⋯）補 充。

3. 國 立臺灣 海洋 大學

國 立 臺 灣海 洋 大 學 容 量 設 計方 法 係 透 過 實 際 降 雨 以模 擬 法 做 試 算，

而由 貯水 容量 與供 水可 靠度 曲線 求得 一建 議雨 水貯 水槽 容量 。模 擬法

續變化 ，本計 畫參 考 McMahon and Mein (1986) 模擬方 法，忽 略貯 水 量的蒸 發損失 ，可 將連續 方程 式表 示如下 ：

S(t)= S(t-1) + Q(t) – D(t)– OF(t)， 0 ≦ S(t)， S(t-1) ≦ S

max

入流 量的計 算則 採用合 理化 公式 Q(t)= c × i(t) × A

式中 ，

S(t)：第 t 時刻的貯 水量；

S(t-1)：第 t－1 時刻的貯 水量 ； Q(t)：第 t 時刻的 入流量 ； D(t)：第 t 時刻的 需水量 ； OF(t)：第 t 時刻 的溢流 量；

Smax： 貯水槽 最大 容量；

c ：逕流係 數（無 因次 ）；

i(t)：降雨 強度（ mm/day）；

A ： 屋頂集 雨面 積（ m²）。

模 擬 中 考 慮由 屋 頂 配 水 槽 供 水 ， 因台 灣 的 建 築 物 大 部分 都 是 高 層 樓建 築， 所以 在雨 水貯 水槽 收集 雨水 後， 直接 利用 幫浦 運送 至屋 頂配 水槽 ，當 需要 使用 雨水 時， 直接 由屋 頂配 水槽 向下 配水 ，故 此運 作機 制必須 在模式 建構 時一起 併入 考量 ，更合 乎真實 情況。

當 屋頂 配 水 槽 水 量 不足 容 量 的 1/3 時， 就 需啟 動 補 水 機 制，

由雨水 貯水槽 抽水，盡 可能的 補到 最滿(補 到地面 貯水槽 沒水 為止 )。若 雨水貯 水槽水 因補 水而空 庫，判 斷屋頂 貯 水槽水 量是否 至少 達 到 1/3，

有的話 補水機 制就 完成；屋頂 貯水 槽水 量 不達 1/3 ，就啟動自 來水 補 水 系 統 補 水至 貯 水 槽 容 量 的 1/2。 其 雨 水 貯 集 系 統 模式 流 程 如 下 圖 所 示 ：

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

圖 5-4 儲 存 容 量 (S)與 雨水 供 給 (Y)之 關 係圖

（ 資料 來 源 ： 本團 隊 整 理 ）

透過水 平衡模 擬，使 用根 據知名 的 YAS 算 法釋放 規則，計算得 自 此 DRWHS 的雨 水供給 ：



, _1



 _{t t}

t

Min D S

Y



_{t t}



_t

t

Min S Q S Y

S

 _1 , _max 

其中 ，Dt是在 時間 t 的水需求 ；St-1是 在 第(t − 1)個時段 開始 時的 儲 存 ；St 是 在第 t 個時段開 始時 的儲存 ； Qt 是在第 t 個時 段期 間的流 入 ； Yt是 在第 t 個時段期 間的雨 水供 給； 以及 Smax是最大儲 存容 量。

DRWHS 績效 一 般以 可 靠性 說 明。 它可 被 表達 方 實際 的 總雨 水供 給超過 需求 （ 供水 可靠度

R

v） 或需 求完 全 被滿足 的部分 時間(Re = 1 −

n/N)。R

v可用算 式表 達如下 ：

v actual rainwater supply/water demand ^t 100%

t

R Y

 

 D





其中，n 是當 水需 求大於 儲存 的時間 單位 數量；N 是降 雨序 列中

第五章 雨水貯留利用系统模組化設計與探討

第六章 雨水貯留利用系統模組化及經濟性分析

第六章 雨水貯留利用系統模組化及經濟性分析

第 一 節 雨 水 貯 留 利 用 系 統 模 組 建 立 構 想

雨水貯 留利用 系統 係 透 過 6 項 子系統 組合 而成， 然各子 系統 在規 劃設 計時 並以 非單 獨選 擇配 置， 而是 需相 互搭 配之 設計 ，方 能獲 得最 好的 設置 效益 。本 計畫 將雨 水貯 留利 用系 統設 計流 程以 貯蓄 系統 為主 體， 分為 前處 理系 統、 貯蓄 系統 及機 械控 制系 統三 個流 程， 使子 系統 可全面 性考量 而配 置 ，設 計流 程如圖 6-1 所示。

圖 6-1 雨 水 貯 留利 用 系 統 模組 設 計 流 程 圖

（ 資料 來 源 ： 本計 畫 成 果 ）

第 二 節 雨 水 貯 留 系 統 模 組 設 計 成 果

國內 常見 雨水 貯留 系統 模組 架構 透過 子系 統相 關產 品資 料做 模組 架構 整合 ，其 整合 成果 分成 基本 型及 標 準 型， 另外 設置 一套 加值 設計 項目 。基 本型 配置 較為 簡單 、低 成本 ， 標 準 型 則為 複雜 、高 成本 ，加 值設計 即增設 自動 控制設 施。研 究成 果共 配置 36 型模組 架構，可 提供 未來設 計規畫 者做 參考。

1. 基 本型

i. Type I

利 用 建 築 周 圍 地 面 上 設 置 儲 水(配 水 )槽 並 搭 配 簡 易 的 過 濾 設 施 ， 用以 供給 低水 質限 制標 準使 用， 如： 植栽 綠化 供水 、景 觀用 水， 是 最 基礎型 式的雨 水貯 留利用 系統 ，其 示意如 圖 6-2 所示。

系 統 流 程 係 透 過 屋 頂 集 雨 經 立 管 排 水 進 入 儲 水(配 水 )槽 ， 並 設 置 簡易 的篩 網過 濾層 去除 雨水 中的 雜物 及塵 土而 儲存 ，當 槽體 裝滿 時，

透過 溢流 孔宣 洩雨 水。 利用 加壓 馬達 進行 植栽 綠化 供水 ，當 水量 不足 時，則 進行自 來水 補充以 確保 供水 可靠性 ，其流 程如圖 6-3 所示。

圖 6-2 基 本 型 -植 栽綠 化 用 水 Type I 系 統示 意 圖

（ 資料 來 源 ： 本計 畫 成 果 ）

第六章 雨水貯留利用系統模組化及經濟性分析

圖 6-3 基 本 型 -植 栽綠 化 用 水 Type I 系 統流 程 圖

（ 資料 來 源 ： 本計 畫 成 果 ）

ii. Type II

利 用 建 築 周 圍 地 面 設 計 高 架 式 儲 水(配 水)槽 ， 可 透 過 重 力 方 式 進 行供 水， 減少 能源 的消 耗， 並搭 配簡 易的 過濾 設施 ，用 以供 給低 水質 限制標 準使用 ，如 ：植栽 綠化 供水 、景觀 用水，是 Type I 節省能源 型 式 的雨 水貯留 利用 系統， 其示 意如圖 6-4 所示。

系 統 流 程 係 透 過 屋 頂 集 雨 經 立 管 排 水 進 入 儲 水(配 水 )槽 ， 並 設 置 簡易 的篩 網過 濾層 去除 雨水 中的 雜物 及塵 土而 儲存 ，當 槽體 裝滿 時，

透過 溢流 孔宣 洩雨 水。 利用 重力 方式 進行 植栽 綠化 供水 ，當 水量 不足 時，則 進行自 來水 補充以 確保 供水 可靠性 ，其流 程如圖 6-5 所示。

屋頂雨水集流

立管排水 篩網過濾層 地面式

儲水(配水)槽

植栽 綠化 用水

自來水補給

溢流 馬達抽水

圖 6-4 基 本 型 -植 栽綠 化 用 水 Type II 系 統 示 意圖

（ 資料 來 源 ： 本計 畫 成 果 ）

圖 6-5 基 本 型 -植 栽綠 化 用 水 Type II 系 統 流 程圖

（ 資料 來 源 ： 本計 畫 成 果 ）

屋頂雨水集流

立管排水 篩網過濾層 高架式

儲水(配水)槽

植栽 綠化 用水

自來水補給

溢流

第六章 雨水貯留利用系統模組化及經濟性分析

計 節省 能源型 式的 雨水貯 留利 用系 統，其 示意如圖 6-6 所示。

計 節省 能源型 式的 雨水貯 留利 用系 統，其 示意如圖 6-6 所示。

在文檔中 雨水貯留設施系統設計與產品模組化技術探討 (頁 149-0)